線上線下混合式一流課程《數(shù)字圖像處理》的教學(xué)研究

楊絮　王宇　安曉峰

摘要：隨著人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的快速發(fā)展，數(shù)字圖像處理技術(shù)已成為最流行的信號處理手段。針對傳統(tǒng)《數(shù)字圖像處理》教學(xué)一直存在課時(shí)少、教學(xué)模式單一、學(xué)生參與度低等問題，該文借助智能信息技術(shù)，結(jié)合自組織學(xué)學(xué)習(xí)理念，構(gòu)建了兩形式、三階段有機(jī)結(jié)合的線上線下教學(xué)模式，制訂多元、立體化考核評價(jià)方案，激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，使學(xué)生不僅掌握圖像處理的基礎(chǔ)知識，而且可以提升應(yīng)用實(shí)踐能力。經(jīng)過2年實(shí)踐，證明該教學(xué)模式是有效的。

關(guān)鍵詞：數(shù)字圖像處理混合式教學(xué)模式線上模式線下模式自組織學(xué)學(xué)習(xí)理念

中圖分類號：G421文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ?文章編號：1672-3791（2022）07（a）-0000-00

Teaching Research of Online and Offline Hybrid First-Class Course

Digital Image Processing

YANG Xu1? WANG Yu1? AN Xiaofeng2

（1.Changchun University of Science and Technology; 2.? Jilin Engineering Normal University， Changchun， Jilin? Province，130022? China）

Abstract： With the rapid development of artificial intelligence and machine learning， digital image processing technology has become the most popular means of signal processing. In view of the problems of few class hours， single teaching mode and low student participation in the traditional teaching of Digital Image Processing， with the help of intelligent information technology and the learning concept of self-organization， this paper constructs an online and offline teaching mode with the organic combination of two forms and three stages， and formulates a diversified and three-dimensional assessment and evaluation scheme to stimulate students' subjective initiative， So that students can not only master the basic knowledge of image processing， but also improve their application and practice ability. After two years of practice， it is proved that this teaching mode is effective.

Key Words： Digital image processing; Hybrid teaching mode; Online mode; Offline Mode; Self-organization learning concept

1 《數(shù)字圖像處理》傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的問題

1.1線下教學(xué)模式存在的問題

1.1.1課時(shí)少內(nèi)容多

在大多數(shù)高等院校中，《數(shù)字圖像處理》為專業(yè)課，課時(shí)較少，但是該課程綜合性極強(qiáng)、章節(jié)相對分散獨(dú)立、概念相對抽象[1]。該門課程涉及教學(xué)內(nèi)容也較多，由于時(shí)間的原因，教學(xué)一般講解7～8章，主要包括圖像的獲取和預(yù)處理基本運(yùn)算、圖像變換、圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、圖像壓縮編碼、圖像分割、彩色圖像處理等，同時(shí)還有相對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。因此線下教學(xué)模式由于課時(shí)少導(dǎo)致在課堂上老師專注講解，和學(xué)生互動(dòng)環(huán)節(jié)的時(shí)間比較少，無法及時(shí)得知學(xué)生的掌握情況，從而導(dǎo)致學(xué)生在課堂上的積極性下降，學(xué)習(xí)效果不好，教學(xué)質(zhì)量無法得以保證[2]。

1.1.2模式單一

線下教學(xué)時(shí)，理論知識課堂老師采用PPT講解的方式進(jìn)行，學(xué)生機(jī)械地聽講，完全處于被動(dòng)的學(xué)習(xí)狀態(tài)，尤其對于數(shù)字圖像處理這種圖片分析較多，需要自己動(dòng)手實(shí)踐才能深刻理解的課程，這樣的教學(xué)模式不僅會使課程學(xué)習(xí)不深入，而且慢慢導(dǎo)致學(xué)生失去對課程的興趣，從而導(dǎo)致學(xué)生對知識的消化困難，教學(xué)效果不佳。

1.1.3學(xué)生參與度低

傳統(tǒng)的線下教學(xué)模式，教師以課堂講授為主，學(xué)生開始選課時(shí)擁有的興趣隨著課程的難度加大逐漸消失，只是被動(dòng)地機(jī)械接受知識，缺乏師生互動(dòng)環(huán)節(jié)，導(dǎo)致教學(xué)難以持續(xù)提高。

1.2線上教學(xué)模式存在的問題

2020年疫情期間，課程采取單一的線上教學(xué)模式，雖然保證了學(xué)生的“停課不停學(xué)”，但是線上教學(xué)存在著眾多弊端。一是學(xué)生自制力差、監(jiān)管不到位;學(xué)生存在刷課現(xiàn)象，播放著教學(xué)視頻同時(shí)做其他無關(guān)的事情，教師的講解根本沒人聽;二是存在客觀因素，比如網(wǎng)絡(luò)可能隨時(shí)出現(xiàn)問題或者有的同學(xué)不具備電腦設(shè)備，使用手機(jī)進(jìn)行聽課，對于數(shù)字圖像處理的實(shí)驗(yàn)并沒有用電腦實(shí)際操作，無法將理論知識和實(shí)際操作相結(jié)合;三是考試無法保證、成績無法評判;存在各種因素導(dǎo)致考核無法正常公平進(jìn)行，從而導(dǎo)致成績評定結(jié)果無法保證。

1.3線上線下混合式教學(xué)方式

線上線下混合式一流本科課程是一流本科課程建設(shè)的重要著力點(diǎn)[3]，同時(shí)為了配合工程教育專業(yè)認(rèn)證、“一流本科”教學(xué)和“金課”建設(shè)的要求，同時(shí)彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)方式的不足，針對數(shù)字圖像處理課程，利用信息技術(shù)，搭建網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，建設(shè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，形成線上線下兩種形式相混合的教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)課前、課中、課后三階段有機(jī)結(jié)合的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)形式，體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)與實(shí)體課堂教學(xué)的結(jié)合，體現(xiàn)現(xiàn)代化教學(xué)手段對教學(xué)的促進(jìn)作用，體現(xiàn)以學(xué)生為中心、加強(qiáng)能力培養(yǎng)的理念，達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新型人才、提高教學(xué)質(zhì)量的顯著成效。

2 線上線下教學(xué)模式的實(shí)踐過程

《數(shù)字圖像處理》課程線上線下結(jié)合式教學(xué)從教師、學(xué)生兩個(gè)角度出發(fā)，構(gòu)建在線學(xué)習(xí)、課堂學(xué)習(xí)兩種形式，課前、課中、課后三階段相呼應(yīng)的教學(xué)模式。在線學(xué)習(xí)借助雨課堂、中國慕課MOOC軟件開展教學(xué)。使用雨課堂教師可以將自己的教學(xué)資料和課后評價(jià)等內(nèi)容發(fā)送給學(xué)生，同時(shí)接收學(xué)生的學(xué)習(xí)情況結(jié)果。通過中國慕課MOOC中教學(xué)視頻擴(kuò)展學(xué)習(xí)，例如：學(xué)生觀看空間域圖像增強(qiáng)的學(xué)習(xí)講解教學(xué)視頻自行進(jìn)行拓展和深入學(xué)習(xí)。線下課堂學(xué)習(xí)師生互動(dòng)式教學(xué)，提高課堂的教學(xué)質(zhì)量，學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)，教師個(gè)性化進(jìn)行指導(dǎo)，提高教學(xué)效率。

2.1課前線上學(xué)習(xí)

2.1.1教師線上活動(dòng)設(shè)計(jì)

以培養(yǎng)具有家國情懷的社會主義“新工科”人才為目標(biāo)，采用將思政教育融入課程教學(xué)之中，通過點(diǎn)點(diǎn)滴滴的啟迪，打造有溫度的課程。因此教師在課前階段通過雨課堂發(fā)布對應(yīng)章節(jié)的教學(xué)資源和思政教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生從馬克思辯證唯物主義哲學(xué)角度理解圖像的一般規(guī)律和研究方法，增強(qiáng)學(xué)生的馬克思主義理論自信感[4]。同時(shí)教師將本節(jié)課的教學(xué)任務(wù)和課前測試習(xí)題下發(fā)給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合所發(fā)送的資料進(jìn)行自組織學(xué)習(xí)。教師可以通過QQ群反饋學(xué)生學(xué)習(xí)情況，督促學(xué)生完成雨課堂任務(wù)。

2.1.2學(xué)生線上活動(dòng)設(shè)計(jì)

課前學(xué)生結(jié)合自身學(xué)習(xí)能力選擇不同的學(xué)習(xí)方式，對于學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的同學(xué)，可以結(jié)合教師所發(fā)的資料自主學(xué)習(xí)，對疑問知識點(diǎn)做出標(biāo)記，利用網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行自我答疑或者在課堂向教師請教;學(xué)習(xí)能力相對差點(diǎn)的同學(xué)可以協(xié)作學(xué)習(xí)，與同學(xué)共同討論，所有同學(xué)完成相應(yīng)學(xué)習(xí)任務(wù)后參加課前測試，檢測自學(xué)結(jié)果，最后學(xué)生帶著問題課堂上針對性聽課[5]。

2.2課中課堂學(xué)習(xí)

2.2.1教師課堂講解

課堂使用傳統(tǒng)黑板和電子屏幕相結(jié)合，教師理論講授環(huán)節(jié)著重核心知識的梳理，以學(xué)生為中心，按照OBE（Outcomes-based Education）教學(xué)理念，對知識體系進(jìn)行梳理，編制課程幾個(gè)章節(jié)的思維導(dǎo)圖。上課時(shí)學(xué)生可以按小組坐在一起討論問題，拓展思維和學(xué)習(xí)方法，教師講授完列舉出各個(gè)小組討論的問題，實(shí)現(xiàn)互動(dòng)式學(xué)習(xí)。對每個(gè)組不同的疑問教師進(jìn)行針對化講解，個(gè)性化指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為主體的學(xué)習(xí)環(huán)境。課堂上師生的互動(dòng)不僅會答疑解惑，還可以鍛煉學(xué)生的分析問題能力。

2.2.2學(xué)生課堂學(xué)習(xí)

課堂上學(xué)生主要結(jié)合課前學(xué)習(xí)時(shí)不懂疑問聽講，有針對性的聽課，對教師列舉的小組問題討論學(xué)習(xí)，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，相互幫助學(xué)習(xí)，同時(shí)保證每個(gè)學(xué)生都能和教師互動(dòng)。最后以組為單位協(xié)作學(xué)習(xí)，匯報(bào)小組學(xué)習(xí)成果并且整理后通過雨課堂提交測試答案，使老師得到學(xué)生知識掌握情況的反饋，及時(shí)進(jìn)行下一步的教學(xué)。

2.3課后在線學(xué)習(xí)

2.3.1教師課后總結(jié)

教師在課程結(jié)束后，通過中國慕課MOOC平臺提供拓展學(xué)習(xí)資料，如數(shù)字圖像處理MOOC空間域圖像增強(qiáng)教學(xué)視頻和實(shí)體翻轉(zhuǎn)課堂形式，引導(dǎo)學(xué)生自主深度學(xué)習(xí)。最后教師綜合學(xué)生通過雨課堂反饋得到的總結(jié)報(bào)告，學(xué)生測驗(yàn)后的教學(xué)成果等信息反思教學(xué)效果，來改進(jìn)下一次課程的教案設(shè)計(jì)、資料總結(jié)、測試題設(shè)計(jì)和課外拓展資料難度的選擇，結(jié)合大數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)生學(xué)習(xí)情況分析，督促學(xué)習(xí)狀況。

2.3.2學(xué)生課后反思

首先，學(xué)生在聽完課程講解后，繪制出各章節(jié)的思維導(dǎo)覽圖，構(gòu)建課程知識體系，將知識融會貫通，做到聽完課后頭腦中有完整的理論體系，為實(shí)驗(yàn)實(shí)踐型學(xué)習(xí)打下堅(jiān)固的基礎(chǔ)，圖1為18級學(xué)生繪制課程章節(jié)思維導(dǎo)圖。

其次，學(xué)生對測試結(jié)果進(jìn)行分析，從中反思與總結(jié)，仍具有疑問的知識點(diǎn)可以通過QQ群再次反饋給教師進(jìn)行解答。學(xué)有余力的同學(xué)利用網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展資源進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，深度理解數(shù)字圖像處理課程的難點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程在課后階段完成綜合性報(bào)告，從工程問題中提煉，覆蓋數(shù)字圖像處理課程的主要知識點(diǎn)，完成對知識的綜合應(yīng)用能力的考察。學(xué)生課后綜合性實(shí)驗(yàn)報(bào)告如圖2所示。

2.4考核評價(jià)方案

建立一個(gè)合理的成績測評體系是《數(shù)字圖像處理》線上線下混合式教學(xué)得以成功的保障。由于授課形式多樣化，教學(xué)重點(diǎn)關(guān)注過程的形成性評價(jià)，因此考核的主體和手段應(yīng)該更加多元、立體，包括：平時(shí)成績不再是單一的簽到考核，而是為線上線下的每一次學(xué)習(xí)賦分[5];實(shí)驗(yàn)實(shí)踐中鼓勵(lì)分組協(xié)作，而不再是上交“千篇一律”的實(shí)驗(yàn)報(bào)告;測試結(jié)果不是學(xué)習(xí)的結(jié)束，而是及時(shí)反饋給學(xué)生，指出其不足之，處力圖達(dá)到學(xué)生實(shí)時(shí)了解自己對學(xué)習(xí)內(nèi)容的掌握情況，作為下一輪學(xué)習(xí)的起點(diǎn)，充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體作用，從而形成完整的教學(xué)閉環(huán)。因此，數(shù)字圖像處理課程的考核方式應(yīng)該從學(xué)生出勤、學(xué)習(xí)態(tài)度、實(shí)驗(yàn)成績和課堂互動(dòng)積極性綜合評價(jià)。2018級普通班雨課堂某次測試成績統(tǒng)計(jì)圖如圖3所示。

3 學(xué)習(xí)效果分析

數(shù)字圖像處理課程采用線上線下混合式教學(xué)模式比傳統(tǒng)教學(xué)有明顯的優(yōu)勢。經(jīng)過多年不間斷的課程改革和建設(shè)，采用實(shí)際應(yīng)用案例引導(dǎo)學(xué)習(xí)學(xué)生開拓了思路，互動(dòng)式師生學(xué)習(xí)方式豐富了學(xué)生的課堂體驗(yàn)，提高了學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，學(xué)生學(xué)習(xí)成績和能力有了很大提升，學(xué)生從知識目標(biāo)、能力目標(biāo)及素質(zhì)目標(biāo)等方面全面地掌握各種圖像處理和分析的方法，了解圖像處理發(fā)展方向。

4 學(xué)生課程反饋

教師在對學(xué)生教學(xué)指導(dǎo)、點(diǎn)評分析的同時(shí)，也應(yīng)該接受學(xué)生們的監(jiān)督。學(xué)生可以給老師進(jìn)行留言或者反饋，隨時(shí)提出合理的建議，對教師上一節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容和行為提出意見，與老師共同努力使線上線下混合式教學(xué)模式更加正規(guī)，實(shí)現(xiàn)教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)合作進(jìn)步的最大化，從而提升教師的教學(xué)效率和質(zhì)量，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和能力，達(dá)到教學(xué)相長的目的[6]。因此，我們對2018級學(xué)生對數(shù)字圖像處理課程的教學(xué)進(jìn)行調(diào)查研究，其反饋結(jié)果如圖4所示。

5結(jié)語

2020年，教育部提出了“以學(xué)習(xí)者為中心，基于自組織學(xué)習(xí)理念構(gòu)建混合教學(xué)模式，通過在線平臺自主學(xué)習(xí)與線下課堂協(xié)同學(xué)習(xí)有機(jī)結(jié)合”的教學(xué)模式改革理念，該文基于這種理念，針對數(shù)字圖像處理課程，首先分析了傳統(tǒng)的單一線上和線下教學(xué)模式的不足，提出了一種線上線下混合式教學(xué)方案，以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心，總結(jié)出“任務(wù)→模塊→系統(tǒng)→創(chuàng)新”的教學(xué)體系，輔之以在線學(xué)習(xí)、翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)了由“教”到“學(xué)”學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性及學(xué)習(xí)效果。同時(shí)，借助在線平臺的資源豐富性和開放性，教師更容易將數(shù)字圖像處理的發(fā)展動(dòng)態(tài)引入到在線學(xué)習(xí)和討論中，人工智能的優(yōu)越性能以及未來的新穎應(yīng)用會激發(fā)學(xué)生主動(dòng)去探索它的發(fā)展歷程和背后相關(guān)的人文故事，這個(gè)過程中教師更容易將辯證思維、愛國情懷和服務(wù)社會的責(zé)任心等因素融于學(xué)生的討論中，充分發(fā)揮該課程的全程育人、全方位育人的思政格局，更加符合全面綜合應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 范春年，馬利.“以學(xué)生為中心”的數(shù)字圖像處理課程在線教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施[J].計(jì)算機(jī)教育，2021（2）：35-40.

[2] 唐曉芬，郭輝.以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標(biāo)的數(shù)字圖像處理課程教學(xué)改革研究[J].計(jì)算機(jī)教育，2021（8）：112-115，120.

[3] 楊曉宏，鄭新，田春雨.線上線下混合式一流本科課程的內(nèi)涵、建設(shè)目標(biāo)與建設(shè)策略[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2021，31（9）：104-111.

[4] 王鑫，陶思亮，齊久祥.大學(xué)生思想政治教育“新三同”線上線下協(xié)同探析[J].思想理論教育，2021（10）：107-111.

[5] 李琛.基于在線開放課程的線上線下混合式“金課”教學(xué)應(yīng)用研究[D].石家莊：河北師范大學(xué)，2020.

[6] 程學(xué)云，丁衛(wèi)平，管致錦，等.基于建構(gòu)主義理論的C++程序設(shè)計(jì)線上線下混合式金課建設(shè)[J].計(jì)算機(jī)教育，2021（11）：157-161.

作者簡介：楊絮（1980—），女，碩士，副教授，研究方向?yàn)樾盘柼幚怼?王宇（1974—），碩士，副教授，研究方向?yàn)閳D像處理。

安曉峰（1970—），男，碩士，副教授，研究方向?yàn)樾盘柼幚怼?/p>